Вход
Регистрация Зарегистрируйтесь, чтобы получить расширенные возможности...

Натрий

На́трий (лат. Natrium, от арабского натрун, греческого nitron — природная сода), Na (читается «натрий»), химический элемент с атомным номером 11, атомной массой 22,98977. В природе встречается один стабильный изотоп 23Na. Принадлежит к числу щелочных металлов. Расположен в третьем периоде в группе IА в периодической системе элементов. Конфигурация внешнего электронного слоя 3s1. Степень окисления +1 (валентность I).
Рaдиус атома 0,192 нм, радиус иона Na+0,116 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации 5,139 и 47,304 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1,00.
Редактировать

Историческая справка

Поваренная соль (хлорид натрия NaCl), едкая щелочь (гидроксид натрия NaOH) и сода (карбонат натрия Na2CO3) находили применение еще в Древней Греции.
Металлический Na впервые получил в 1807 Г. Дэви, используя электролиз расплава каустической соды.
Редактировать

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 2,64% по массе. Основные минералы: галит NaCl, мирабилит Na2SO4·10H2O, тенардит Na 2SO 4 , чилийская селитра NaNO3,трона NaHCO3·Na2CO 3·2H2O, бура Na2B4O7·10H2O и природные силикаты, например, нефелин Na[AlSiO4].
В воде Мирового океана содержится 1,5·1016т солей натрия.
Редактировать

Получение

Na получают электролизом расплава хлорида натрия NaCl, с добавлением NаСl2, КСl и NaF для снижения температуры плавления электролита до 600°C. Аноды изготовлены из графита, катоды — из меди или железа. Электролиз расплава проводят в стальном электролизере с диафрагмой. Параллельно с Na электролизом получают Cl2:
2NaCl=2Na+Cl2
Получаемый Na очищают вакуумной дистилляцией или обработкой титаном или сплавом титана и циркония.
Редактировать

Физические и химические свойства

Натрий — мягкий серебристо-белый металл, быстро тускнеющий на воздухе.
Na мягок, легко режется ножом, поддается прессованию и прокатке. Выше -222°C устойчива кубическая модификация, а = 0,4291 нм. Ниже — гексагональная модификация. Плотность 0,96842 кг/дм3. Тaмпература плавления 97,86°C, кипения 883,15°C. Пары натрия состоят из Na и Na2.
Na химически очень активен. При комнатной температуре взаимодействует с O2 воздуха, парами воды и CO2 с образованием рыхлой корки. При сгорании Na в кислороде образуются пероксид Na2О2 и оксид Na2O:
4Na+O2=2Na2O и 2Na+O2=Na2O2
При нагревании на воздухе Na сгорает желтым пламенем, в желтый цвет окрашивают пламя и многие соли натрия. Натрий бурно реагирует с водой и разбавленными кислотами:
2Na+H2O=2NaOH+H2
При взаимодействии Na и спирта выделяется H2 и образуется алкоголят натрия. Например, взаимодействуя с этанолом С2Н5ОН, Na образует этанолят натрия С2Н5ОNa:
С2Н5ОН+2Na=2С2Н5ОNa+H2
Кислородсодержащие кислоты, взаимодействуя с Na, восстанавливаются:
2Na+2Н2SO4=SO2+Na2SO4+2H2O
При нагревании до 200°C Na реагирует с H2 с образованием гидрида NaН:
2Na+H2=2NaH
Натрий самовоспламеняется в атмосфере фтора или хлора, с иодом реагирует при нагревании. При перетирании в ступке Na реагирует с S с образованием сульфидов переменного состава. С N2 реакция протекает в электрическом разряде, образуются нитрид натрия Nа3N или азид NaN3. Na реагирует с жидким аммиаком с образованием голубых растворов, где Na присутствует в виде ионов Na+.
Оксид натрия Na2O проявляет ярко выраженные основные свойства, легко реагирует с водой с образованием сильного основания — гидроксида натрия NaОН:
Na2O+H2O=2NaOH
Пероксид натрия Na2O2 реагирует с водой с выделением кислорода:
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2
Гидроксид натрия — очень сильное основание, щелочь, хорошо растворим в воде (в 100 г воды при 20 °C растворяется 108 г NaOH). NaОН взаимодействует с кислотными и амфотерными оксидами:
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,
Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4] (в растворе),
Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O (при сплавлении)
В промышленности гидроксид натрия NaOH получают электролизом водных растворов NaCl или Na2CO3 c применением ионообменных мембран и диафрагм:
2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2
Попадание твердого NaOH или капель его раствора на кожу вызывает тяжелые ожоги. Водные растворы NaOH при хранении разрушают стекло, расплавы — фарфор.
Карбонат натрия Na2CO3 получают насыщением водного раствора NaCl аммиаком и CO2. Рaстворимость образующегося гидрокарбоната натрия NaHCO3 менее 10 г в 100 г воды при 20°C, основная часть NaHCO3 выпадает в осадок:
NaCl+NH3+CO2=NaHCO3 ,
который отделяют фильтрованием. При прокаливании NaHCO3 образуется кальцинированная сода:
2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O
У большинства солей Na растворимость с ростом температуры возрастает не так сильно, у солей калия.
Na — сильный восстановитель:
TiCl4+4Na=4NaCl+Ti
Редактировать

Применение

Нaтрий применяется как восстановитель активных металлов, его расплав в смеси с калием является теплоносителем в ядерных реакторах, так как он плохо поглощает нейтроны. Пaры Na используются в лампах накаливания.
NaCl используется в пищевой промышленности, гидроксид натрия NaOH — в производстве бумаги, мыла, искусственных волокон, в качестве электролита. Кaрбонат натрия Na2CO3 и гидрокарбонат NaНСO3 — применяется в пищевой промышленности, является компонентом огнетушащих средств, лекарством. Фосфат натрия Na3PO4 — компонент моющих средств, применяют в производстве стекол и красок, в пищевой промышленности, в фотографии. Силикаты mNa2nSiO2 — компоненты шихты в производстве стекла, для получения алюмосиликатных катализаторов, жаростойких, кислотоупорных бетонов.
Редактировать

Физиологическая роль

Ионы натрия Na+ необходимы для нормального функционирования организма, они участвуют в процессах обмена веществ. В плазме крови человека содержание ионов Na+ 0,32% по массе, в костях — 0,6%, В мышечных тканях — 1,5%. Для восполнения естественной убыли человек должен ежедневно употреблять с пищей 4-5 г Na.
Редактировать

Особенности обращения с металлическим натрием

Хранят натрий в герметично закрытых железных контейнерах под слоем обезвоженного керосина или минерального масла. Загоревшийся Na заливают минеральным маслом или засыпают смесью талька и NaCl. Образующиеся отходы металлического Na уничтожают в емкостях с этиловым или пропиловым спиртом.
Редактировать

Дополнительная литература

  • Ситтинг М. Натрий, его производство, свойства и применение / Пер. с англ. М., 1961.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика